তাপীয় দক্ষতা

তাপীয় দক্ষতা

থার্মোডাইনামিক্সে , তাপীয় দক্ষতা ( η )হচ্ছে কোনো ডিভাইসের মাত্রাবিহীন কার্যপরিমাপক। উদাহরণস্বরূপ যা তাপ শক্তিকে ব্যবহার করে ইঞ্জিন , স্টিম ইঞ্জিন , বয়লার , চুল্লি , বা রেফ্রিজারেটরের দক্ষতা নির্ণয় করে। তাপ ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে তাপের ফলে যে শক্তি প্রদান করা হয় এবং যে শক্তি লাভ করা যায় তার অনুপাতকেই তাপীয় দক্ষতা বলা হয়। রেফ্রিজারেশন বা তাপীয় পাম্প চক্রের ক্ষেত্রে, প্রাপ্ত তাপীয় আউটপুটের সাথে ইনপুট এবং শীতলীকরনে বর্জিত তাপের সাথে ইনপুটের অনুপাতকে তাপীয় দক্ষতা হিসেবে ধরা হয়।

পরিদর্শন

সাধারণত শক্তির ক্ষেত্রে, কোনো ডিভাইসের প্রাপ্ত আউটপুট ইনপুটের অনুপাত হচ্ছে তার শক্তি রূপান্তর দক্ষতা। তাপীয় দক্ষতার ক্ষেত্রে ডিভাইসের ইনপুট হলো তাপ $Q_{\mathrm{i}\mathrm{n}}$ বা জ্বালানীতে বিদ্যমান মোট তাপীয় শক্তি। এক্ষেত্রে প্রাপ্ত আউটপুট হতে পারে মেকানিক্যাল আউটপুট $W_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}$, বা তাপীয় আউটপুট $Q_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}$ বা সম্ভাব্য উভয়ই। কারণ ইনপুট তাপের সাধারণত একটি আসল মূল্য থাকে বলে তাপীয় দক্ষতাকে একটি জাতিগতসংজ্ঞা হিসেবে বলা হয়।

${\eta }_{\mathrm{t}\mathrm{h}}\equiv \frac{\text{benefit}}{\text{cost}}.$

থার্মোডাইনামিক্স এর প্রথম সূত্র থেকে জানা যায় আউটপুট শক্তি কখনো এর ইনপুট শক্তির চেয়ে বেশি হতে পারে না। দ্বিতীয় সূত্র মতে স্বাভাবিক ক্ষেত্রে এটা পরস্পর সমান হতে পারবে না, তাই

$0\le {\eta }_{\mathrm{t}\mathrm{h}}<1$

একত্রে ঘটমান চক্রের ক্ষেত্রে তাপীয় দক্ষতা ৬০% এর মতো পৌঁছাতে পারে।

ইঞ্জিনের তাপীয় দক্ষতা দুই ধরনেরঃ ইন্ডিকেটেড তাপীয় দক্ষতা এবং ব্রেক তাপীয় দক্ষতা।

তাপ ইঞ্জিন

তাপ ইঞ্জিন তাপীয় শক্তি বা তাপকে Q_in মেকানিক্যাল শক্তি বা কাজে W_out রূপান্তর করে। ইঞ্জিন এই কাজটি যথাযথভাবে করতে পারে না বিধায় সম্পূর্ণ ইনপুট শক্তি আউটপুট হিসেবে পাওয়া যায় না ,উপরন্তু পরিবেশে তাপ আকারে এই বাড়তি শক্তি বের হয়।

$Q_{in}=W_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}+Q_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}$

তাপ ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে ইঞ্জিন যতটুকু ইনপুট শক্তিকে কাজে রূপান্তর করে তার শতকরাকেই দক্ষতা বলে।

${\eta }_{\mathrm{t}\mathrm{h}}\equiv \frac{W_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}}{Q_{\mathrm{i}\mathrm{n}}}=\frac{Q_{\mathrm{i}\mathrm{n}}-Q_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}}{Q_{\mathrm{i}\mathrm{n}}}=1-\frac{Q_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}}{Q_{\mathrm{i}\mathrm{n}}}$

কার্নো দক্ষতা

কার্নো তত্ত্ব থেকে এই দুই তাপমাত্রার মাঝে কাজ করা ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে

${\eta }_{\mathrm{t}\mathrm{h}}\le 1-\frac{T_{\mathrm{C}}}{T_{\mathrm{H}}}$

উদাহরণ হিসেবে কোনো অটোমোবাইল ইঞ্জিন যদি $T_{\mathrm{H}}=816^{\circ }\text{C}=1500^{\circ }\text{F}=1089\text{K}$ এবং পরিপার্শ্বের $T_{\mathrm{C}}=21^{\circ }\text{C}=70^{\circ }\text{F}=294\text{K}$ তাপমাত্রায় কাজ করে তাহলে সর্বোচ্চ সম্ভাব্য দক্ষতা হবেঃ

${\eta }_{\mathrm{t}\mathrm{h}}\le (1-\frac{294K}{1089K})100\mathrm{\%}=73.0\mathrm{\%}$